青藏高原中部印度巖石圈板片撕裂和地殼流對共軛走滑斷層的形成起到關鍵作用

2021-01-15 中科院地質地球所


武澄瀧等-EPSL&BSSA：青藏高原中部印度巖石圈板片撕裂和地殼流對共軛走滑斷層的形成起到關鍵作用


新生代以來印度與歐亞大陸的持續碰撞擠壓形成了規模宏大的青藏高原，多項研究認為印度巖石圈板片向北已俯衝至青藏高原中部，然而其俯衝的角度和幾何形態還存在較大爭議。在印度板片俯衝的前緣的上方，青藏高原中部發育一系列大型共軛走滑斷層，該斷層系統對印度與歐亞的南北向擠壓以及高原的東西向拉張起到關鍵的協調作用，但由於缺乏該地區深部變形約束，人們對其形成機制存在多種不同認識。地震波速各向異性可以提供地球內部形變場的直接證據，但傳統的各向異性研究缺乏深度約束。中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室武澄瀧博士後與田小波研究員、徐濤研究員等針對該問題，基於布設在青藏高原中部橫跨班公怒江縫合帶的SANDWICH流動寬頻帶地震臺陣數據（圖1），開展XKS、Pms及近震S波的剪切波分裂分析研究，獲取殼幔不同深度範圍的地震波速度各向異性，來約束印度巖石圈俯衝形態、共軛走滑斷層的形成及深淺動力學過程的關聯。 


數據顯示，該區域各向異性整體較強，平均分裂時差達到了1.3 s，有多達17個臺站存在大於2.0 s的分裂結果（全球平均值為1.0 s）；然而在納木錯附近呈現顯著弱各向異性；快波方向以ENE-WSW向為主，大致平行於印度板塊APM（絕對板塊運動）方向（圖2）。通過擬合接收函數Pms到時隨後方位角的變化得到該區域地殼分裂參數以近東西向為主，平均分裂時差為0.53 s（圖2）。近震S波得到的上地殼各向異性大小平均為0.15 s，快波方向分布複雜，與XKS平均偏差為43°（圖3）。 


圖1  青藏高原中部SANDWICH流動地震臺陣分布 


圖2  臺站平均XKS分裂參數及Pms分裂參數 


圖3  區域平均近震S波分裂快波方向玫瑰圖（綠色虛線為最大水平主應力方向）

研究結果表明： 

　　（1）XKS得到的各向異性層深度位於150 km附近，結合研究區域巖石圈厚度薄、Pn波速低及Sn波不發育等結果，推斷高原中部各向異性主要來自於軟流圈頂部，起因於印度巖石圈板片的俯衝造成的地幔楔中ENE-WSW向角流（corner flow）；納木錯附近的顯著弱各向異性，與體波層析成像結果在上地幔的低速區相吻合，是由於印度板片俯衝在此處發生撕裂引起軟流圈上湧造成的（圖4）。 

　　（2）區域應力、共軛走滑斷層、古逆衝斷層共同導致了上地殼各向異性，其大小接近整個地殼的1/3。地殼各向異性主要來自於中下地殼，結合其無地震活動性分布、低速高導等信息判斷存在近東西向的中下地殼流導致各向異性礦物晶格定向排列。 

　　（3）印度巖石圈板片北向俯衝產生了撕裂，導致軟流圈上湧，加熱了該區域薄巖石圈，地殼溫度升高、強度變弱，促進了地殼流的形成。近東向流動的中下地殼流在上地殼底部的剪切作用和印度巖石圈俯衝產生的南北向擠壓共同導致了共軛走滑斷層的形成（圖5）。 


圖4  青藏高原下方印度巖石圈板片俯衝模式圖


圖5  青藏高原中部上地殼各向異性成因及共軛走滑斷層形成機制



1.Wu C L, Tian X B*, Xu T*, Liang X F, Chen Y, Taylor M, Badal J, Bai Z M, Duan Y H, Yu G P, Teng J W. Deformation of crust and upper mantle in central Tibet caused by the northward subduction and slab tearing of the Indian lithosphere: New evidence based on shear wave splitting measurements[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2019, 514: 75-83. DOI: 10.1016/j.epsl.2019.02.037.


2.Wu C L, Tian X B*, Xu T*, Liang X F, Chen Y, Zhu G H, Badal J, Bai Z M, Yu G P, Teng J W. Upper-crustal anisotropy of the conjugate strike-slip fault zone in central Tibet analyzed using local earthquakes and shear wave splitting[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2019，109 (5): 1968-1984. DOI: 10.1785/0120180333.


美編：徐海潮

校對：陶   琴

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